專利名稱：一種全自動生化分析儀分光光度計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種全自動生化分析儀分光光度計。
背景技術(shù)：
全自動生化分析儀屬于精密的光學式分析測量儀器，它是基于物質(zhì)對光的選擇性吸收，即分光光度法，它的測量原理是把光源發(fā)出的光線通過盛有樣品溶液的比色池，通過分析樣品溶液對各種單色光的吸收度，判斷樣品溶液中含有物質(zhì)的成分和濃度。分光光度計是全自動生化分析儀的核心部件之一，它根據(jù)單色器的不同可以分為干涉濾光片式分光光度計和光柵式分光光度計兩種；如圖1所示，干涉濾光片式結(jié)構(gòu)為光源發(fā)出的光線經(jīng)透鏡聚焦、干涉濾光片，再經(jīng)比色池，光闌最后照到光電轉(zhuǎn)換器中的探測器上轉(zhuǎn)變電信號，再把電信號送達到全自動生化分析儀的主控系統(tǒng)進行放大和A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，得到吸光度值；光柵式結(jié)構(gòu)為光源發(fā)出的光線經(jīng)透鏡聚焦，進入比色池、光闌再經(jīng)光柵分光，最后照到探測器上轉(zhuǎn)變電信號，傳輸?shù)饺詣由治鰞x的主控系統(tǒng)進行選擇、放大和A/D轉(zhuǎn)換的處理，再把電信號經(jīng)放大和A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，得到吸光度值。它們的共同點都需要光源，探測器把光信號轉(zhuǎn)換為電信號，電信號經(jīng)過較長距離的傳輸才能送達到全自動生化分析儀的主控系統(tǒng)進行放大和A/D轉(zhuǎn)換，得到吸光度值。它們的主要區(qū)別是干涉濾光片式，需要用機械的方式移動濾光片來得到樣品溶液對各個波長的光的吸光度，而光柵式可以一次得到各種波長的光的吸光度這樣的處理過程將對傳輸過程中的模擬電信號帶來干擾，這種干擾直接影響到測量結(jié)果的精度，即使在信號的傳輸過程中采用電磁屏蔽套管來減少干擾，但是干擾仍然不能完全消除，這樣一來在傳輸過程中模擬電信號的一個微小的波動，經(jīng)過后續(xù)的選擇、放大和轉(zhuǎn)換處理后將會成為一個較大的誤差，這種情況下即使后面的電路和計算過程做的再精確可靠也不能夠消除上述處理過程所產(chǎn)生的誤差，以及對測量結(jié)果的精度所產(chǎn)生的影響。
目前，全自動生化分析儀需要一種能夠發(fā)射出波長強度相等的光源，而這種光源很難獲得，現(xiàn)有的分光光度計(干涉濾光片式和光柵式)為了達到各個波長的強度相等，而采取利用光闌將各個波長的光強度統(tǒng)一到波長最小的光的強度的方法。這種方法存在兩方面的缺點第一、光源的使用時間短由于光源發(fā)出的光線經(jīng)過一定距離的傳播后光強度降低，而且光源使用的時間過長，光源自身的性能下降也導致發(fā)出的光的強度降低，而光闌無法提高波長最小的光的強度以達到測量的要求，此時不得不更換光源；第二、測量結(jié)果不穩(wěn)定由于不同的光源發(fā)出的各個波長的強度不能完全相同，即使同一光源在不同時刻發(fā)出的各個波長的強度也不可能完全相同，由于光闌是固定不變的，它不能動態(tài)地調(diào)整各個波長強度的變化，而導致測量結(jié)果不穩(wěn)定；第三、光闌的加工精度高，所以成本較高。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種全自動生化分析儀分光光度計，可以消除模擬信號長距離傳輸引入的干擾，并能夠動態(tài)調(diào)節(jié)光電轉(zhuǎn)換器輸出的電信號的放大倍數(shù)，從而提高光源檢測精度和使用時間的一種全自動生化分析儀分光光度計。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是本實用新型包括光源、透鏡、單色器、比色池及光電轉(zhuǎn)換器，光源經(jīng)透鏡聚焦，再經(jīng)單色器進入比色池，檢測信號為由光電轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號，其特征在于光源發(fā)出的光線經(jīng)透鏡、單色器及比色池后直接照射到光電轉(zhuǎn)換器中的光電探測器上，在光電轉(zhuǎn)換器的輸出端接有增益可調(diào)放大電路，該增益可調(diào)放大電路的輸出信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送至單片機，該單片機通過通訊接口與全自動生化分析儀主控系統(tǒng)相連；所述增益可調(diào)放大電路中電壓跟隨器的輸出端與增益可調(diào)放大電路中運放的負輸入端之間設(shè)有一數(shù)字電位計，該數(shù)字電位計的控制端與單片機的控制接口相連。
所述數(shù)字電位計內(nèi)部為兩個串聯(lián)的第一電位計及第二電位計，共用一組控制端，其包括串行數(shù)據(jù)腳、串行時鐘腳及復(fù)位腳，均接至單片機的控制接口，第一電位計的低值端與電壓跟隨器的輸出端相連，第一電位計的高值端及中間抽頭端接至運放的負輸入端；第二電位計的低值端及高值端分別接至運放的負輸入端及輸出端，第二電位計的中間抽頭端則與運放的輸出端相連；所述增益可調(diào)放大電路可為具有電壓跟隨器和運放的兩級放大結(jié)構(gòu)，也可為具有電壓跟隨器、運放及比例放大器的三級放大結(jié)構(gòu)；在光電轉(zhuǎn)換器及增益可調(diào)放大電路之間還可設(shè)有一多路選擇器，其輸入端與光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號相連，輸出端接至增益可調(diào)放大電路中電壓跟隨器的輸入端，使能信號端及地址線經(jīng)鎖存器與單片機的地址線相連；所述單片機通過RS-232串口與上位機進行通訊連接；所述單片機可為數(shù)字信號處理器或現(xiàn)場可編程門陣列。
本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點1.提高了測量結(jié)果的精度及穩(wěn)定性。本實用新型通過在光電轉(zhuǎn)換器的輸出端加設(shè)多路選擇器、增益可調(diào)放大電路及A/D轉(zhuǎn)換器，并通過單片機對A/D轉(zhuǎn)換器加以控制，將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果發(fā)送到全自動生化分析儀主控系統(tǒng)進行計算處理，這樣的一種改進的分光光度計結(jié)構(gòu)可以消除模擬信號傳輸帶來的干擾，使得測量結(jié)果更加精確可靠；同時本實用新型通過單片機調(diào)節(jié)數(shù)字電位計阻值而改變增益可調(diào)放大電路的放大倍數(shù)，以統(tǒng)一各波長的光的強度在一個水平線上，提高了測量結(jié)果的穩(wěn)定性；
2.提高了光源的使用時間本實用新型采用調(diào)節(jié)數(shù)字電位計的方法，來改變增益可調(diào)放大電路的放大倍數(shù)，動態(tài)調(diào)節(jié)光電轉(zhuǎn)換器輸出的電信號的放大倍數(shù)，使波長最小的光的強度達到測量的要求，提高了光源的使用時間；3.降低了成本本實用新型省略了光闌，與現(xiàn)有技術(shù)相比大大降低了成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的分光光度計的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實用新型中的分光光度計的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實用新型電氣原理圖；圖4為本實用新型單片機部分的電氣接線圖；圖5為本實用新型選擇放大器部分的電氣接線圖；圖6為本實用新型增益可調(diào)放大電路的電氣原理圖；圖7為本實用新型A/D轉(zhuǎn)換器部分的電氣接線圖；圖8為本實用新型選擇放大器部分的放大倍數(shù)圖示。
具體實施方式
如圖2所示，本實用新型包括光源、透鏡、單色器、比色池、光電轉(zhuǎn)換器、增益可調(diào)放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器及單片機，光源經(jīng)透鏡聚焦，再經(jīng)單色器進入比色池后，光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號經(jīng)多路選擇器M8、增益可調(diào)放大電路M7及A/D轉(zhuǎn)換器M6由單片機M2送至全自動生化分析儀的主控系統(tǒng)或上位機；如圖3～5所示，單片機M2選用80C251，外接存儲器擴展和地址譯碼器M5，具體包括一片W27C512擴展程序存儲器、一片71024擴展數(shù)據(jù)存儲器以及一片地址譯碼器GAL，地址譯碼器GAL的輸出作為各鎖存器和存儲器的片選使能信號；單片機M2可以通過RS-485總線和RS-232串口與外部進行通訊；從光電探測電路及電流檢測電路得到的多路模擬電信號(本實施例為12路)首先進入多路選擇器M8，本實施例選用十六選一的多路開關(guān)MUX16對輸入的12路模擬信號進行選擇輸出，即12路模擬信號接至多路開關(guān)MUX16的信號輸入端S1～S12，其地址線A0～A3和使能端接地址鎖存器U5的輸出端1Q～4Q和6Q，通過地址總線BUS由單片機M2經(jīng)過鎖存器(本實施例采用74LS547)鎖存后給出，選擇要處理哪一路信號，鎖存器的時鐘信號取自地址譯碼器GAL的輸出端；如圖6、圖7所示，本實施例中增益可調(diào)放大電路M7選用OP07信號放大器，采用具有電壓跟隨器U13、放大倍數(shù)可調(diào)的比例放大器即運放U12及固定倍數(shù)的比例放大器U11三級放大結(jié)構(gòu)，電壓跟隨器U13的負輸入端(2腳)接有多路選擇器M8的輸出信號，電壓跟隨器U13的輸出端接到由運放U12及數(shù)字電位計U8(本實施例采用DS1267S)構(gòu)成的增益可調(diào)的反相比例放大電路，該數(shù)字電位計U8設(shè)于電壓跟隨器U13的輸出端與運放U12的負輸入端之間，內(nèi)部為兩個串聯(lián)的第一電位計及第二電位計，共用一組控制端，所述控制端包括串行數(shù)據(jù)腳DQ、串行時鐘腳CLK及復(fù)位腳RST，均接至單片機M2的控制接口，第一電位計做為調(diào)節(jié)運放U12的放大倍數(shù)的電位計，其低值端L0與電壓跟隨器U13的輸出端相連，第一電位計的高值端H0及中間抽頭端W0接至運放U12的負輸入端；第二電位計做為反饋電路的反饋電阻，其低值端及高值端L1、H1分別接至運放U12的負輸入端及輸出端，第二電位計的中間抽頭端W1則與運放U12的輸出端相連，運放U12的輸出信號再經(jīng)過固定倍數(shù)的比例放大器U11后送到A/D轉(zhuǎn)換器M6中的A/D轉(zhuǎn)換單元U10(本實施例選用ADC976)進行A/D轉(zhuǎn)換。
該信號放大器也可為具有電壓跟隨器U13和運放U12的兩級放大結(jié)構(gòu)，均由單片機調(diào)節(jié)數(shù)字電位計的阻值來調(diào)節(jié)信號的放大倍數(shù)。如圖5所示，上述兩種結(jié)構(gòu)的增益可調(diào)放大電路的放大比例為UO=-RXR0UI]]>UO為輸出電壓；UI為輸入電壓；RX為數(shù)字電位計的電阻值；R0為固定電阻的的電阻值。
本實用新型的工作步驟如下1.將去離子水注入比色池；2.由單片機調(diào)節(jié)數(shù)字電位計，把光電轉(zhuǎn)換器輸入的信號調(diào)節(jié)到一個固定值，由單片機記下數(shù)字電位器的電阻值；3.干涉濾光片式分光光度計調(diào)節(jié)濾光片，光柵式分光光度計調(diào)節(jié)多路開關(guān)，重復(fù)1、2步，得到不同波長的光所對應(yīng)的數(shù)字電位計的電阻值。
4.吸取出比色池中的去離子水，注入樣本溶液，單片機選擇各波長對應(yīng)的電信號和對于的數(shù)字電位計的電阻值，得到A/D轉(zhuǎn)換的電壓值，經(jīng)485總線傳給主控系統(tǒng)，用對數(shù)關(guān)系計算出的樣本溶液對應(yīng)各波長光線的吸光度；再根據(jù)比爾定律計算出各種物質(zhì)在樣品溶液中的濃度。
本實用新型的工作過程為從光源發(fā)出的光線經(jīng)透鏡聚焦，再經(jīng)單色器和比色池后直接照射在光電轉(zhuǎn)換器中的光電探測器上，從光電轉(zhuǎn)換器得到的12路模擬電信號首先進入多路選擇器M8，多路選擇器M8的使能信號和地址譯碼信號由單片機M2的地址線經(jīng)過鎖存器鎖存后給出，以選擇要處理哪一路信號，該路信號進入增益可調(diào)放大電路M7后，通過單片機M2來調(diào)節(jié)其內(nèi)部數(shù)字電位計U8大小，運放U12的輸出信號在經(jīng)過比例放大器U11放大后由A/D轉(zhuǎn)換器M6將轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量信號送到鎖存器中(本實施例選用74HC245)鎖存，等待單片機M2讀取，單片機M2讀數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)存儲器中，最終通過RS-485總線或RS-232總線發(fā)送到全自動生化分析儀主控系統(tǒng)M1或上位機中，至此完成本實用新型的工作過程。
在此過程中，由于各波長對應(yīng)的A/D值不同，根據(jù)此不同，單片機M2根據(jù)測得的實際波長與標準值相比較，調(diào)節(jié)數(shù)字電位計U8的阻值，動態(tài)地調(diào)整增益可調(diào)放大電路M7的放大倍數(shù)，從而調(diào)整了光電轉(zhuǎn)換器輸出的電信號的放大倍數(shù)，使各波長的光的強度在一個水平線上，提高了測量結(jié)果的穩(wěn)定性。
本實施例中單片機M2通過發(fā)送、接收管腳TXD1、RXD1外接一片RS-232接口與上位機(本實施例為計算機)實現(xiàn)串行通訊，在不需整機支持的條件下即可完成對分光光度計的調(diào)試，簡化了調(diào)試工作。
本實用新型中的單片機M2可以選用其它型號，也可選用新型的微處理器，如DSP(數(shù)字信號處理器)或FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)等。
權(quán)利要求1.一種全自動生化分析儀分光光度計，包括光源、透鏡、單色器、比色池及光電轉(zhuǎn)換器，光源經(jīng)透鏡聚焦，再經(jīng)單色器進入比色池，檢測信號為由光電轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號，其特征在于光源發(fā)出的光線經(jīng)透鏡、單色器及比色池后直接照射到光電轉(zhuǎn)換器中的光電探測器上，在光電轉(zhuǎn)換器的輸出端接有增益可調(diào)放大電路(M7)，該增益可調(diào)放大電路(M7)的輸出信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器(M6)送至單片機(M2)，該單片機(M2)通過通訊接口與全自動生化分析儀主控系統(tǒng)(M1)相連；所述增益可調(diào)放大電路(M7)中電壓跟隨器(U13)的輸出端與增益可調(diào)放大電路(M2)中運放(U12)的負輸入端之間設(shè)有一數(shù)字電位計(U8)，該數(shù)字電位計(U8)的控制端與單片機(M2)的控制接口相連。
2.按權(quán)利要求1所述的全自動生化分析儀分光光度計，其特征在于所述數(shù)字電位計(U8)內(nèi)部為兩個串聯(lián)的第一電位計及第二電位計，共用一組控制端，其包括串行數(shù)據(jù)腳(DQ)、串行時鐘腳(CLK)及復(fù)位腳(RST)，均接至單片機(M2)的控制接口，第一電位計的低值端(L0)與電壓跟隨器(U13)的輸出端相連，第一電位計的高值端(H0)及中間抽頭端(W0)接至運放(U12)的負輸入端；第二電位計的低值端及高值端(L1、H1)分別接至運放(U12)的負輸入端及輸出端，第二電位計的中間抽頭端(W1)則與運放(U12)的輸出端相連。
3.按權(quán)利要求1所述的全自動生化分析儀分光光度計，其特征在于所述增益可調(diào)放大電路(M7)可為具有電壓跟隨器(U13)和運放(U12)的兩級放大結(jié)構(gòu)，也可為具有電壓跟隨器(U13)、運放(U12)及比例放大器(U11)的三級放大結(jié)構(gòu)。
4.按權(quán)利要求1所述的全自動生化分析儀分光光度計，其特征在于在光電轉(zhuǎn)換器及增益可調(diào)放大電路(M7)之間還可設(shè)有一多路選擇器(M8)，其輸入端與光電轉(zhuǎn)換器的輸出信號相連，輸出端接至增益可調(diào)放大電路中電壓跟隨器(U13)的輸入端，使能信號端及地址線經(jīng)鎖存器與單片機(M2)的地址線相連。
5.按權(quán)利要求1所述的全自動生化分析儀分光光度計，其特征在于所述單片機(M2)通過RS-232串口與上位機進行通訊連接。
6.按權(quán)利要求1、2、4或5中任何一項所述的全自動生化分析儀分光光度計，其特征在于所述單片機(M2)可為數(shù)字信號處理器或現(xiàn)場可編程門陣列。
專利摘要本實用新型公開一種全自動生化分析儀分光光度計，包括光源、透鏡、單色器、比色池及光電轉(zhuǎn)換器，光源經(jīng)透鏡聚焦，再經(jīng)單色器進入比色池，檢測信號為由光電轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號，光源發(fā)出的光線經(jīng)透鏡、單色器及比色池后直接照射到光電轉(zhuǎn)換器中的光電探測器上，在光電轉(zhuǎn)換器的輸出端接有增益可調(diào)放大電路，該增益可調(diào)放大電路的輸出信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器送至單片機，單片機通過通訊接口與全自動生化分析儀主控系統(tǒng)相連；所述增益可調(diào)放大電路中電壓跟隨器的輸出端與增益可調(diào)放大電路中運放的負輸入端之間設(shè)有一數(shù)字電位計，該數(shù)字電位計的控制端與單片機的控制接口相連。本實用新型提高了測量結(jié)果的精度、穩(wěn)定性及光源的使用時間，降低了產(chǎn)品成本。
文檔編號G01N33/50GK2867341SQ20052009411
公開日2007年2月7日 申請日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月6日
發(fā)明者康長武, 吳海波, 歐勇軍 申請人:沈陽東軟醫(yī)療系統(tǒng)有限公司